2050年のカーボンニュートラル実現に向けて今大きな注目を集めているのが、CO2を回収し貯留するCCSと呼ばれる技術です。特に火力発電所や製鉄所など、脱炭素化が非常に難しいといわれる産業にとってCCSは極めて重要な技術であり、日本のカーボンニュートラル達成の切り札ともいわれています。パシフィックコンサルタンツでCCS事業に取り組む交通基盤事業本部 設備エンジニアリング部の金井豊充に話を聞きました。
INDEX
- CCSとは何か
- CCS事業の具体的な流れ ―適地を選定、バリューチェーンを構築する―
- CCS事業推進の課題
- 海外貯留型CCS事業におけるパシフィックコンサルタンツの取り組み
- 総合建設コンサルタントとしての強み
CCSとは何か
CCSはCarbon dioxide Capture and Storageの略で、火力発電所や製鉄所などから排出されるガスからCO2だけを分離・回収（Capture）し、それを貯留（Storage）する技術です。日本は2050年のカーボンニュートラル実現を世界に約束し、水素やアンモニアなど、炭素成分を含まないエネルギーや太陽光や風力発電などの再生可能エネルギーへの転換を着実に高めていくことにしています。現代の産業活動では、例えば火力発電所や製油所、製鉄所、化学工場など、脱炭素化が困難な産業が存在します。こうしたことへの対処として取り組みが進んでいるのがCCSです。また、貯留するのではなく、化学品や燃料、鉱物の製造などの原料として有効活用（Utilization) する技術もあり、こちらはCCUと呼ばれます。CCSとCCUは一括してCCUSと呼ばれています。
出典：「CCUSについて」（環境省）
CCSは分離・回収後のCO2を直接・大量に処理できるものであることから、カーボンニュートラルの切り札となる技術として大きな注目を集め、世界中で研究開発や実証、さらに商業操業が進められています。現在世界で稼働中・計画中のCCSによるCO2の回収量は2023年で約3.5億トンになり、2017年時点の約7倍となっています。
国際エネルギー機関（IEA）によると、2050年時点で世界がカーボンニュートラルを達成するためには、年間約38～76億トンのCO2をCCSで圧入貯留する必要があると試算しており、今後も世界各国でCCSに関する法制度の整備や政府支援が実施され、CO2の回収量は増えていくと見られています。
IEAが試算した2050年時点で必要となるCO2の貯留量に、日本が占めるCO2排出量割合をかけると、日本における2050年時点でのCCS必要量は年間1.2～2.4億トンになると考えられ、日本でもCCSへの取り組みが強化されています。2024年5月には二酸化炭素の貯留事業に関する法律（CCS事業法）が成立し、2024年6月には、独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構（JOGMEC）が、2030年までの事業開始を目指すCCS事業9案件を2024年度「先進的CCS事業」として選定して支援することを決定しました。そのうち5案件が国内での貯留、残り4案件が東南アジア・大洋州地域での貯留を想定しています※。
※ JOGMECが主導した「先進的CCS」のうち海外貯留型CCS事業は、次段階に向けた体制再編・検討が進められている。
さらに、国は2025年2月に策定した第7次エネルギー基本計画において、CCS・CCUSを脱炭素化に不可欠な技術として明確に位置づけ、「エネルギー安定供給、経済成長、脱炭素の同時実現に不可欠であり、CCS事業への投資を促す支援制度の検討、コスト低減に向けた技術開発、貯留地開発等に取り組む」とする基本方針を定めました。具体的には「先進的CCS事業」に対して試掘を含む貯留地の開発や、CCSのバリューチェーン全体への一体的な支援を行い、2030年までに年間600～1,200万トンの貯留量確保に見通しを立てることを目標としています。
CCS事業の具体的な流れ ―適地を選定、バリューチェーンを構築する―
CCS事業は、火力発電所や工場の排出ガス中に数％から数十％の割合で含まれているCO2を、さまざまな手法で分離・回収するところから始まります。現在、石炭火力発電所や製油所からの排ガスを対象としたCO2分離・回収プラントの詳細設計が始まっており、2030年までにCCSの商業運転開始を目指した取り組みが行われています。また、商用運転用に計画されているCO2分離・回収には、熱源が必要となるため、この熱源の低炭素化も課題となっています。さらに、回収したCO2は地下1,000mから3,000m付近にある安定した地層に注入し、閉じ込めます。貯留層はただ深ければ良い、というわけではありません。気体を貯め込むことができるような空隙の多い砂岩などの地層であることが求められ、かつ、注入したガスが漏れないよう上部に固い岩盤が広がっていることが必要です。そうした貯留に適した地層は限られていることから、国内だけでなく海外の適地に運んで貯留することが考えられています。
出典：「知っておきたいエネルギーの基礎用語～CCUS」（経済産業省）
CCSは、CO2排出源となる工場などの近くに貯留に適した地層があれば、いわば「地産地消」が可能ですが、そうでない場合には、遠方にある貯留場所まで運ぶことが必要です。この場合、CO2を大量かつ経済的に運搬するため、CO2を液化する必要があります。また、CO2を効率良く収集運搬するために、複数の排出源から回収したCO2を一か所に集積し、大型タンカーで一度に運搬する方法も検討されています（ハブポート構想）。
貯留完了後は、貯留したCO2が地層に安定的にとどまっているかどうか、継続的なモニタリングが必要です。
出典：「日本でも事業化へ動き出した「CCS」技術」（資源エネルギー庁）の図を基にパシフィックコンサルタンツが加筆
CCS事業推進の課題
二酸化炭素削減に向けた最初のマイルストーンとなる2030年が数年先に迫る中で、CCS事業法の施行など、本格的にCCS事業の取り組みが加速していますが、一方でさまざまな課題も浮かび上がっています。
まず、CCS設備の建設は複雑で長い工程を必要とし、それぞれの設備で専用のインフラが新たに必要になることです。CO2の分離・回収と貯留場所までのCO2輸送と圧入・貯留設備、ハブ＆クラスター方式の場合は、複数の排出源で回収されたCO2を1次貯留し、最終の貯留地に向けて送り出すハブポート、そして最終貯留地での受け入れ施設をそれぞれ整備しなければなりません。特にハブポートは、広域から回収された液化CO2を集約し、海外貯留地への効率的な海上輸送を担うCCSバリューチェーンの要となる物流拠点です。単なる港湾機能に留まらず、大規模な貯蔵タンクや高度な積出設備（ローディングアーム等）を備え、それらを統合制御する複合的なインフラ施設として設計する必要があります。
次に、従来の産業用CO2の用途では前例がない、大量のCO2を扱うことです。輸送効率を最大化するため、CO2を液相状態で安定的に維持する必要があり、厳格な温度・圧力制御（低温・高圧管理）が不可欠です。特に液化CO2は水と同等以上の密度（比重）を有し、常に液相を維持するための低温・高圧管理を継続しなければなりません。これらを前提に、安全で信頼性の高いバリューチェーンを構築することが求められます。
さらに、CCS事業推進には、事業全体を通じて総合的なエンジニアリング力が求められることです。CCS事業では、CO2の分離・回収および液化、輸送、ハブポートでの一次貯留、積み出し、最終貯留、さらにはモニタリング設備までを一体的に整備する必要があります。とりわけ、中継基地として重要な役割を担うハブポートは、従来の港湾やプラント設備以上に複雑な総合インフラ設備となります。重量物であるタンク設置のための地盤調査・地盤改良に始まり、各施設の適切なレイアウト計画やアクセス道路の整備など、港湾、道路、構造物、建築といった多岐にわたる要素技術が求められます。これらを統合するためには、CO2バリューチェーン全体を俯瞰する視野の広さと、個々の設備・技術に関する専門性を兼ね備えた総合的なエンジニアリング力が不可欠です。
海外貯留型CCS事業におけるパシフィックコンサルタンツの取り組み
パシフィックコンサルタンツは、国内外の企業連合が推進する海外貯留型CCS事業において、サプライチェーンの基幹をなすハブポートの事業性調査を実施しました。
本プロジェクトは、国内の複数のCO2排出源から回収したCO2を小型CO2輸送船でハブポートへ輸送し、いったんタンクに貯留した後、大型CO2輸送船に積み替えて海外の貯留地へ輸送、圧入・貯留する計画です。基本設計に先立つ事業可能性調査ではあるものの、検討精度が事業成立性を大きく左右するため、極めて重要なフェーズとなります。
本調査では、ハブポートの中核設備となる「貯蔵・出荷設備」および「土木・建築設備」を中心に、詳細な検討を行いました。
年間取扱量を達成させるタンク容量・運用条件の整理
ハブポートでは、排ガスから回収・液化されたCO2が船舶で搬入され、いったんタンクに貯蔵されます。本調査では、年間の取扱量目標を達成するために必要となるタンク容量、基数、運用回転数を整理・算定しました。
一方、CO2貯蔵タンクは開発段階にあり詳細仕様が未確定であるという制約条件がありました。そのため、本調査ではタンク設計を担うプラントエンジニアリング会社へのヒアリングを重ね、想定される仕様や条件を整理したうえで、既存港湾敷地内での最適な配置計画を立案しました。あわせて、ボーリング調査による地盤条件の把握を行い、地盤改良の必要性や改良方法を検討しました。
船舶接岸・積み替えを支える港湾施設の安全性検討
ハブポートでは、小型CO2輸送船からタンクへの受入、および大型CO2輸送船への積み込みが行われるため、船舶の接岸および積み替えを支える港湾施設の安全性確保が不可欠です。本調査では、積み込みのためのローディングアームの設置計画や、タンクまでの配管計画についても検討を行うとともに、大型CO2輸送船が桟橋に着岸する際に必要となる防舷材の強度・仕様について検討しました。さらに、船舶の係留力を考慮した桟橋基礎（鋼管杭）の耐力計算を実施し、港湾施設全体としての安全性を検証しました。
大型CO2輸送船自体も設計途上にある中で、得られる最新情報や想定条件を踏まえながら、桟橋施設全体の安全性・耐力に関する検討を進めた点が、本調査の大きな特徴です。
建築・設備計画を含めたハブポート全体の成立性検討
加えて、ハブポート全体としての成立性を確保するため、管理棟や電気・計装関連制御室の配置計画、敷地内作業道路に必要な幅員、配管・配線ルートの整理、エプロン全体の排水計画、セキュリティ対策、外部道路との接続計画など、建築・設備計画の観点からも総合的な検討を重ねました。本調査においては、全体コストの抑制を図るため、既存の港湾施設を改修・活用することを前提としており、また、「必要な機能」という基本的な要求条件のみが示される中で、それを実現するためにどのような建築・設備が連動すべきかを検討しました。土木、建築、地盤、港湾、プラントの各分野の専門技術者が連携し、それぞれの知見を統合しながら、事業の成立性を多角的に描き出した点も、本調査の特徴です。
総合建設コンサルタントとしての強み
パシフィックコンサルタンツは、港湾設備や下水道プラントなどの基本設計において豊富な実績を有しています。まだ事業像が定まっていないCCS分野において、事業可能性調査を実施し、次の基本設計段階へ進むための環境を整備できることは、総合建設コンサルタントとしての独自の強みによるものです。
CCS事業、特にハブポートの整備には、土木、建築、地盤、港湾、プラントといった複数の専門分野が複雑に絡み合います。これらの計画立案や設計は、プラントエンジニアリング専業の企業や、港湾施工を担う総合建設会社のいずれか単独では完結しません。パシフィックコンサルタンツは、CO2バリューチェーン全体を支えるインフラを対象とした総合的なコンサルティングを通じて、複雑なCCS事業における技術、制度、現場の制約を一つに繋ぎ合わせる「ハブ（結節点）」の役割を果たすことで、CCS事業の新たな展開を支援し、2050年カーボンニュートラルの実現に貢献していきます。
当社のCCS事業に関する取り組みについては動画でも紹介しております。
